概述

　　民用航空领域发展迅猛，航空公司的规模迅速扩大，然而在航空公司的运营成本中，人力资源成本占据了相当大的比重，近年来更是成为了继航油成本支出之后航空公司第二大成本支出。飞行员作为航空公司的宝贵资源，如何安排飞机员的工作，如何合理化的调配机师资源，如何降低人力成本一直困扰着航空公司。机组排班调度优化问题属于资源调配优化、工作计划安排问题，这类问题因优化难度高、问题结构复杂，属于当今国际运筹学界（OR）最顶尖技术难题。

　　航空机组排班作为运筹学界最难的问题之一，全球只有极少数几家公司能开发这样的系统，这几家公司都集中在欧美。惠为已成功跻身运筹学第一阵营，同时也填补了国内在该领域的空白。

    航空机组资源优化问题涉及的系统结构复杂，参数众多，具有高度的非线性，属于多变量输入、多条件受限系统，也是调度问题中的经典NP-hard问题。虽然对于机组排班问题国外早有研究，但是国内航空公司的情况与国外航空公司情况截然不同。虽然航空公司的总体规模与国外航空公司相比较小，但是国内航空公司的机型种类更多、机组排班背景和难度更为错综复杂，因此国际化的通用产品并不能完全满足国内航空公司的需求：

    1) 国外航空公司多实行多枢纽航线结构，每天航班计划基本相同，而国内都是单枢纽航线结构（即
       航空公司的航班主要围绕一个基地机场安排，基地机场通过点对点的直飞航线与其它城市相连，
       该基地机场是所有飞机的维护过夜基地以及机组人员的主要住宿基地），每周内各天的航班计划
       有较大的差异。
    2) 机组排班时需要考虑的约束条件众多，不仅要满足飞机维护计划的要求，还要满足适航限制和飞
       机调度通告的规定。
    3) 所有安排的机组人员按照民航总局及航空公司的各项规章制度合理安排到适航的具体航班上并涵
       盖所有的航班。
    4) 保证机组排班正确合理的基础上要求航班运行的成本最小化，降低航班执行的时间成本和机组人
       员的薪酬成本，并且合理高效的机组排班也减少航油及机场管理得一系列成本费用支出。
    5) 需要考虑机组安排的平衡性和鲁棒性。

　　
    惠为做为航空资源优化决策研究领域的领导者，依托美国算法联合实验室的技术优势，聘请世界一流的算法专家，他们研究的航空资源优化决策系统曾获得被誉为运筹界诺贝尔的Franz Edelman大奖。通过与实验室积极开展深层次的协作创新，始终保持算法技术的前瞻性和领先性，保持对核心技术和应用技术的持续创新。惠为不仅掌握国际领先、独创的优化决策算法的核心技术，拥有完全的知识产权，具备完全自主的研发能力，同时具备出色的技术融合应用的创新能力，将先进的算法与航空公司实际情况结合起来，研究开发出满足中国的法律、文化、使用习惯的产品。

    
    国内某大型航空公司，随着机队的快速扩充、航线不断增加，传统以手工方式为主的机组排班已经越来越无法满足实际运营的需要： 

    1) 因机师的飞行时长过长，导致休息时间无法得到保证，造成对机师的正常生活带来了诸多不便的
       影响。
    2) 无法保证机组排班在满足飞行计划的基础上达到航班运行的成本最小，降低航班执行的时间成本
       和机组人员的薪酬成本。
    3) 无法考虑机组安排的平衡性和鲁棒性，平衡性主要指机组成员的休息时间和所飞航线的经济利益
       整体上保持平衡，鲁棒性主要体现在航班飞行计划在受到天气、航班以及人员变动时能否及时有
       效的进行调整。

    在项目之初，惠为咨询团队多次和客户进行深入沟通，以该航空公司飞机数量最多、机师人员规模最大、执飞任务最繁重、排班约束规则最复杂，排班难度最高的A320机队做为突破口，首先确定了几个优化重点方向：

    1) 飞行航段连贯性：勤务中的飞行航段到达站和将继续执飞的下一航段出发站必须相互衔接，此外
       相邻航段的经停时间或者航班交接时间必须符合最短时间规定。
    2) 满足该航空公司提出的飞行时间限制需求：任何7个连续日历日内的飞行小时限制；7个连续日
       历日内连续休息时间最低限制；一个日历月的工作时间飞行小时限制；一个日历年的飞行小时
      限制；同时对于飞行机组的飞行、值勤和休息时间也做了相应的规定。
    3) 通过精确的航班连线，减少8-10个小时长航线的数量（因8小时以上的航班需要安排3名飞行员，
       而8小时以下的航班只需要安排2名飞行员），最大限度节约机组人力、降低人力成本。
    4) 闭环飞行路线：为了减少机组和飞机在外地过夜的成本，一个勤务安排的短程飞行任务尽可能使
       机组和飞机飞回基地或者出发地，使一个勤务飞行路线成为闭环，长航线的飞行情况除外。
    5) 驾驶机型一致性：一个勤务中，尽可能安排同一机型执飞。
    6) 航线的均衡性：需要考虑国际、国内航线的均衡搭配。
    7) 机师执照限制：首先要满足执飞航线对于机长资格的需求，比如执飞国际航线必须具备C5以上等
       级；其次特殊航线只能有执飞特殊航线执照机长执飞等。
    8) 机师搭配优化：尽可能在机组排班中满足机师搭配反比原则，即尽可能用等级高的机师搭配等级
       低的机师减少运营成本。
    
    确定了优化目标以后，惠为依托美国算法联合实验室的创新技术，并结合我们在航空运营管理领域的丰富经验，为该航空公司定制了符合其自身需求及特点的优化引擎，以及客户化定制的功能模块，经过多轮次优化的过程，满足了该航空公司提出的机组排班及运营需要。

　　机组排班调度在日常运营管理中，经常会受到诸如天气、飞机临时延迟、飞机维修问题而造成很多意想不到的突发情况，以至于无法按照预先安排好的机组排班方案执行。惠为采用独创的综合优化技术，对模型进行了高度的创新、抽象、精炼，实现了从模型到算法的高效转换，实现最优解。同时，也打破了机组排班运算速度的历史最快纪录，实现了在30分钟内生成机组班表这一里程碑式的成果，大大超过了客户预期设想！

　　而在机师的月飞行时长的均衡优化上，由于以前机组排班不能做到优化组合，工时差距大。自动化的排班方案在满足该航空公司正常运营的前提下，尽可能减少机师之间的月飞行时长差，最终实现了控制在正负2.5个小时以内，机师与机师之间的月工时更加均衡，消除机师的不平衡心理。同时，降低了机师的局部工作强度，保证了足够的休息时间，把对机师日常生活的影响减少到最小范围。

    对于航线类型优化问题，涉及到约束范围很多。既要满足航线机师执照限制问题、机长等级资格问题、机组搭配反比配置、国际和国内航线的均衡等诸多问题，通过我们优化引擎运用的创新技术，最终实现了国际航线、日韩航线、特殊航线的均衡，如下图所示，提高飞行员满意度，从而大大提升机师团队的稳定性。  

    通过该航空机组排班调度系统的成功应用，在项目过程中所呈现出的几点优势：
    1) 在业务上，惠为在民航运营管理调度领域积累了多年的 经验。
    2) 在研究上，并聘请了世界一流算法专家，长期从事航空优化决策领域的研究及创新。
    3) 在技术上，提供从算法、模型到功能的一系列定制化开发服务，满足中国航空公司的运营管理需
       要。
    4) 在服务上，通过高品质的贴身服务，帮助客户解决航空资源优化方面所面临的难题，实现用最小
       的成本，创造最大的经济效益。